DE10301475A1

DE10301475A1 - Verfahren zum Belichten eines Substrates mit einem Strukturmuster

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Publication number: DE10301475A1
Application number: DE2003101475
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Nölscher; Ralf Ziebold; Rainer Dr.rer.nat. Pforr
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Qimonda AG
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2023-01-17
Also published as: DE10301475B4

Abstract

Die Projektion des Strukturmusters einer Lithographieebene wird in mehrere sukzessive Schritte aufgespalten, wobei die Teilmuster der aus der Spaltung resultierenden Bereiche (10, 20) entsprechend auf zwei oder mehr Masken (1, 2) verteilt werden. Für den Übertragungsschritt eines jeden Teilinhaltes wird eine individuelle an dessen Strukturmuster angepaßte Polarisation des bei der Projektion verwendeten Lichtes ausgewählt. Insbesondere ist für Gruppen von Strukturelementen mit kritischen lateralen Dimensionen, die als parallel zueinander angeordnete Linien auf einer Maske eingerichtet sind, vorgesehen, eine lineare Polarisation des die Maske (1, 2) bestrahlenden Lichtes einzustellen, deren elektrischer Feldstärkevektor parallel zu den Linien auf der Maske (1, 2) ausgerichtet ist. Ein Projektionsapparat zur Durchführung des Verfahrens umfaßt dazu wenigstens ein Polarisationskonverter, welcher beispielsweise (8) dreh- oder einschwenkbar im Strahlengang des Projektionssystems angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Belichten eines mit einer photoempfindlichen Schicht bedeckten Substrates in einem Projektionsapparat mit einem Strukturmuster. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Belichtung von Halbleiterwafern.
Das Ziel einer Erhöhung der Integrationsdichte von elektronischen Bauelementen wurde in den vergangen zwei Jahrzehnten insbesondere durch verbesserte Verfahren und Geräte im Bereich der Photolithographie mittels einer stetigen Reduzierung der von Masken auf Substrate minimal übertragbaren Strukturbreite erreicht. Zum einen wurde dabei die jeweils für eine Belichtung verwendete Wellenlänge stufenweise reduziert, welche aktuell beispielsweise 193 nm beträgt(ArF-Excimer Laser) .
Zum anderen wurde die Verringerung der Strukturbreiten durch eine Vergrößerung der Numerischen Apertur der Projektionsobjektive sowie durch Anwendung sogenannter lithographischer Enhancement-Techniken in den Bereichen Beleuchtungssystem (z.B. Schräglichtbeleuchtung), Maskentechnik (z.B. Phasenmasken, OPC) sowie durch verbesserte Resisttechniken bewerkstelligt. Die genannten Verbesserungen beziehen sich auf optische Abbildungsverfahren.
Nicht-optische Abbildungsverfahren werden in näherer Zukunft noch nicht die für den Fertigungseinsatz erforderliche technische Reife aufweisen. Aus diesem Grund besteht das Bestreben darin, durch eine weitere Vergrößerung der Numerischen Apertur die Grenzen optischer oder im Wellenlängenbereich daran angrenzender Abbildungssysteme, z.B. im extrem ultravioletten (EUV) Wellenlängenbereich, weiter auszudehnen.
Einer Vergrößerung der Numerischen Apertur steht allerdings der Polarisationscharakter des für die Projektion eines Strukturmusters von einer Maske auf das Substrat verwendeten Lichtes entgegen. Gegenwärtig eingesetzte Projektionssysteme verwenden unpolarisiertes oder zirkular polarisiertes Licht für die Abbildung. Die jeweiligen Lichtanteile sind auf alle Polarisationsrichtungen mit einer gleichen Wahrscheinlichkeit verteilt. 1 zeigt das normierte, in einem photoempfindlichen Resist auf dem Substrat entstehende Intensitätsverlauf eines von einer Maske projizierten Linienmusters. Der durch die Abbildung erreichbare Kontrast ist durch den Unterschied zwischen einem Minimal- und Maximalwert geteilt durch die Summe aus Minimal- und Maximalwert des Profils gegeben. Die Belichtung wurde mit einem Linien-Spalten-Muster von jeweils 70 nm Breite bei 193 nm Wellenlänge und einer Numerischen Apertur von 0.85 mit Dipolbeleuchtung durchgeführt.
Für den Fall unpolarisierten Lichtes (1a) ergibt sich ein Strukturkontrast von 62 %. 1b zeigt den Fall der Abbildung des Strukturelementes mittels linear polarisierten Lichtes, wobei die Polarisationsrichtung des elektrischen Feldstärkevektors parallel zur Ausrichtung des Strukturelementes orientiert ist (im Folgenden „TE-polarisiertes" Licht genannt). Hier wird ein wesentlich besserer Strukturkontrast von 85 % erreicht. Senkrecht zu den Linien linear polarisiertes Licht (im Folgenden „TM-polarisiertes" Licht genannt) erreicht hingegen nur einen Strukturkontrast von 57 % ( 1c) .
In 7 sind die Geometrien für TE- und TM-polarisiertes Licht veranschaulicht. Die y-Richtung ist durch die Ausrichtung der auf einem transparenten Trägermaterial 101 einer Maske angeordneten opaken Linien 105 bzw. Spalten definiert. Der elektrische Feldvektor des TE-polarisierten Lichtes ist in genau dieser y-Richtung orientiert, bevor das Licht auf die Maske trifft. Der elektrische Feldvektor des TM- polarisierten Lichtes ist hingegen in der dazu senkrechten y-Richtung innerhalb der Maskenebene orientiert.
Wie in 2 gezeigt ist, erhöht sich mit steigendem Einfallswinkel stetig die Reflektivität des unpolarisierten Lichtes, vielmehr aber noch diejenige des TE-polarisierten Lichtes, welches den höheren Strukturkontrast liefert. Die Reflektivität des TM-polarisierten Lichtes, welches den niedrigen Strukturkontrast liefert, verringert sich dagegen bis zu Einfallswinkeln von circa 70 Grad. Infolge dessen nimmt der Lichtanteil mit geringer erzielbarem Strukturkontrast gegenüber demjenigen mit höherem Strukturkontrast zu.
3 zeigt das Kontrastverhältnis des Luftbildes des TM-polarisierten zu dem TE-polarisierten Licht im Resist in Abhängigkeit von der Numerischen Apertur NA des Projektionssystems (sin α = NA) für verschiedene Linienbreiten CD, wobei sich diese aus der Beziehung CD=k1·(193nm/NA)Ergeben. k₁ bezeichnet einen Skalierungsfaktor, welcher in Figur die mit verschiedenen Maskentechniken erreichbaren Gitterperioden beschreibt. Man erkennt den sich verstärkenden Verfall des Bildkontrastes mit zunehmender Numerischer Apertur des Objektivs, der durch den Verfall des Kontrastes des Luftbildes derjenigen Polarisationskomponente verursacht wird, deren elektrischer Feldstärkevektor des Lichtes senkrecht zu den Gitterlinien ausgerichtet ist, d.h. der TM-polarisierten Lichtkomponente.
Einer Vergrößerung der Numerischen Apertur steht somit der vorgenannte Effekt entgegen. Durch den Polarisationscharakter des Lichtes kann daher das nutzbare Auflösungsvermögen nicht linear mit der Vergrößerung der Numerischen Apertur des Objektivs des Projektionssystems, sondern nur in deutlich reduziertem Maße gesteigert werden. Weil sich die Schärfentiefe der Abbildung mit zunehmender Numerischer Apertur NA außerdem noch im Verhältnis (λ/NA)² reduziert, ist der durch eine Ver größerung der Numerischen Apertur erzielbare Gewinn nur sehr gering.
Eine Minderung des Problems kann in der Verwendung sogenannter Immersionsobjektive bestehen. Dabei werden Immersionsflüssigkeiten mit erhöhter Brechzahl (n=1,3...1,5) zwischen die Objektivlinse (n=1,4...1,5) und den Resist (n=1,6...1,7) gebracht, so daß der Unterschied im Reflektionsgrad für die beiden aufeinander senkrecht stehenden Polarisationsrichtungen des zusammengesetzt unpolarisierten Lichtes reduziert wird. Die Lichtanteile beider Polarisationsrichtungen trügen bei perfekter Übereinstimmung der Brechzahlen im gleichen Verhältnis zum Bildaufbau im Resist bei. Der Anteil der kontrastreicheren TE-polarisierten Komponente würde sich verstärken und sich somit der Luftbildkontrast im Resist vergrößern.
Nutzt man die Immersionstechnik unter Verwendung einer effektiv höheren Numerischen Apertur (NA_eff = n·sin(α), n Brechzahl, α Einfallswinkel) zur weiteren Steigerung der Auflösung, so verstärken sich die Kontrastverluste des mit TM-polarisierten Licht erzeugten Luftbildes, während der Bildkontrast mit TE-polarisiertem Licht stabil bleibt. Somit tritt bei Verwendung unpolarisierten Lichtes eine weitere stetige Verschlechterung des Bildkontrastes ein.
Außerdem stehen der Realisierung einer solchen technischen Lösung enorme material- und feinwerkstechnische Probleme gegenüber. Eine Lösung dieser Probleme darf erst in einigen Jahren erwartet werden und wird mit Einbußen in der Effektivität des Belichtungsprozesses sowie mit erhöhten Kosten verbunden sein.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie ein Mittel bereitzustellen, mit dem die Belichtung von Substraten mit Strukturmustern hoher Strukturdichte bei weiter vergrößerten Numerischen Aperturen durchgeführt werden kann, ohne daß Einbußen beim Strukturkontrast entstehen. Es ist außerdem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Qualität des Belichtungsprozesses zu verbessern.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Belichten eines mit einer photoempfindlichen Schicht bedeckten Substrates in einem Projektionsapparat mit einem Strukturmuster, das einen ersten Bereich mit ersten Strukturelementen und wenigstens einen zweiten Bereich mit zweiten Strukturelementen aufweist, umfassend die Schritte: Bereitstellen des Substrates, auswählen einer ersten Maske, auf der der erste Bereich mit ersten Strukturelementen gebildet ist, bestrahlen der ersten Maske mit Licht aus einer ersten Strahlungsquelle zur Projektion des ersten Bereiches des Strukturmusters in die photoempfindliche Schicht, wobei das Licht der Strahlungsquelle in einer ersten Richtung linear polarisiert wird, auswählen einer zweiten Maske, auf welcher der zweite Bereich mit den zweiten Strukturelementen gebildet ist, bestrahlen der zweiten Maske mit Licht aus der ersten oder einer weiteren Strahlungsquelle zur Projektion des zweiten Bereiches des Strukturmusters in die photoempfindliche Schicht, wobei das Licht der ersten oder weiteren Strahlungsquelle (a) in einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung linear polarisiert wird, oder (b) eine weitere Polarisation, insbesondere zirkulare Polarisation aufweist, oder (c) unpolarisiert ist, so daß die photoempfindliche Schicht mit dem Strukturmuster des ersten und zweiten Bereiches belichtet wird.
Zur Übertragung des Strukturmusters auf ein Substrat wird das Strukturmuster in zwei oder auch mehr Bereiche mit entsprechenden Teilinhalten des Strukturmusters aufgespalten und jeweils auf verschiedenen Masken ausgebildet. Für die Übertragung jedes Teilinhaltes wird eine an dessen zweidimensionale Strukturanordnung angepaßte Lichtpolarisation eingesetzt. Hierbei wird ausgenutzt, daß entsprechend dem in 1 dargestellten Verhalten linear polarisiertes Licht, welches eine zu den Strukturelementen des Teilbereiches parallele Orientierung seines elektrischen Feldstärkevektors aufweist, einen größeren Strukturkontrast bei der Belichtung im Resist liefert. Oder anders ausgedrückt, die den diesen Vorteil zunichte machende, dazu senkrechte Komponente linear polarisierten Lichtes wird herausgefiltert bzw. gar nicht erst bei einer Belichtung mit der betreffenden Maske diesen Teilinhalts berücksichtigt.
Während demnach eine für die verschiedenen Anforderungen durch die unterschiedlich ausgerichteten Strukturelemente in einem typischen Strukturmuster erforderliche Belichtung aus den eingangs genannten Gründen zu einem kaum noch durch Vergrößerung der Numerischen Apertur zu verbessernden Belichtungsergebnis führt, kann erfindungsgemäß durch eine Aufteilung der Bereiche eines Strukturmusters auf verschiedene Masken jeweils individuell eine vorteilhafte Projektion mit linear polarisiertem Licht durchgeführt werden.
Die Bereiche müssen nicht notwendigerweise zusammenhängend in dem Strukturmuster vorliegen. Es kann sich beispielsweise auch um eine Ansammlung einzeln gruppierter Teilbereiche mit jeweils ähnlichen oder identischen Anforderungen an die räumliche Ausrichtung und/oder Strukturbreite handeln, die über das Strukturmuster an verschiedenen Positionen verteilt sind.
Die auf diese Weise ausgebildeten Masken werden mit einer zur Erzielung eines optimalen Ergebnisses weitgehend linearen Polarisation verknüpft. Die das Gesamtmuster zusammensetzenden Masken mit den Teilinhalten/Bereichen werden sukzessive zur Belichtung des photoempfindlichen Resists verwendet. Mit jeder Maske wird eine individuell angepaßte Polarisation eingestellt. Beispielsweise können Linienmuster umfassend eine x-Richtung in dem Strukturmuster auf einer ersten Maske, Linienmuster umfassend eine y-Richtung auf einer zweiten Maske sowie gemischte Muster mit Strukturelementen einer unkritischen Breite auf einer dritten Maske gebildet werden. Bei der Belichtung des Substrates mit der ersten Maske wird eine lineare Polarisation des Feldstärkevektors in x-Richtung, bei der anschließenden Belichtung mit der zweiten Maske eine Polarisation in y-Richtung und bei der Belichtung mit der dritten Maske unpolarisiertes Licht verwendet.
Der der Belichtung mit der jeweiligen Maske korrespondierende Polarisationszustand des Lichtes wird erfindungsgemäß entweder direkt durch die Strahlungsquelle zur Verfügung gestellt oder im Strahlengang durch Verwendung geeigneter Polarisationskonverter oder Anordnungen von Polarisationskonvertern erzeugt. Erfindungsgemäß ist ebenso vorgesehen, daß Linsenelemente des optischen Linsensystems Eigenschaften eines Polarisationskonverters aufweisen. Es ist auch möglich, das Polarisationskonverter in der Fourierebene des Projektionssystems oder zwischen dem Projektionssystem und dem Substrat zu plazieren. Dabei sind die optischen Eigenschaften der dabei verwendeten optischen Elemente beim Design des Projektionssystems vorab zu berücksichtigen.
Mit dem Begriff „Polarisationskonverter" faßt man Polarisationsfilter und Polarisationsdreher zusammen: Polarisationsfilter werden für einen ursprünglich beliebigen Polarisationszustand (unpolarisiert, elliptisch polarisiert, zirkular polarisiert) des Lichtes eingesetzt und sind mit einem Intensitätsverlust verbunden. Um zirkular oder elliptisch polarisiertes Licht ohne Intensitätsverlust in linear polarisiertes Licht umzuwandeln, können Polarisationsdreher, d.h. in der Regel doppelt brechende Materialien mit geeigneter Dicke und Ausrichtung verwendet werden.
Auch der Einsatz polarisierender Spiegel, insbesondere Umlenkspiegel oder weitere, auf die Polarisation von Licht einwirkende Medien im Strahlengang sind denkbar und von der Erfindung eingeschlossen.
Für die ersten, zweiten oder weiteren Masken sind beliebige Typen anwendbar, beispielsweise Chrommasken, Halbtonphasenmasken, alternierende Phasenmasken, chromlose Phasenmasken, etc.
Ein erfindungsgemäßer Projektionsapparat, mit welchem das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft ausgeführt werden kann, weist Polarisationskonverter auf, die in den Strahlengang wahlweise hinein- und wieder heraus geschoben werden können. Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, verschiedene Polarisationskonverter auf Drehtellern in dem Projektionsapparat anzuordnen, so daß von außen gesteuert das zu der aktuellen Maske passende Polarisationskonverter ausgewählt werden kann. Es ist auch möglich, daß ein in den Strahlengang gebrachter Polarisationskonverter zur Erzeugung einer linearen Polarisation im Strahlengang in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Strukturelemente auf der aktuellen Maske ausgewählt werden kann.
Einer weiteren Ausgestaltung zufolge ist eine Flüssigkeit geeigneter Brechzahl, welche zwischen dem Substrat und einer dem Substrat zugewandten, letzten Glasgrundfläche des Objektivs eingerichtet. Es handelt sich hierbei insbesondere um eine Immersionsflüssigkeit. Die Immersionstechnik führt in Kombination mit der vorliegenden Erfindung zu besonders vorteilhaften Resultaten bezüglich der erreichbaren Auflösung.
Einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zufolge ist auf der mit linearer Polarisation abzubildenden ersten Maske wenigstens eine Gruppe von periodisch angeordneten ersten Strukturelementen eingerichtet, welche projiziert auf das. Substrat eine Periode kleiner als dem 0.8-fachen der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes bilden.
Die periodisch angeordneten ersten Strukturelemente können dabei jeweils auch eine oder mehrere ihnen zugeordnete Blindstrukturen (sog. sub-resolution assist features) umfassen, welche im Falle einer Abbildung nicht als Strukturelemente auf dem Substrat abgebildet werden. Sie tragen vielmehr nur zu einer verbesserten Strukturbildung der Mutterstruktur, also des eigentlichen Strukturelementes auf dem Substrat bei. Die Periode ist in diesem Fall durch den Abstand des Schwerpunktes der Mutterstruktur zum Schwerpunkt der ersten benachbarten Blindstruktur gegeben.
Mit der zweiten Maske können Teilinhalte mit Gruppen von Strukturen, deren Perioden größer als dem 0.8-fachen der für die Abbildung verwendeten Wellenlänge sind, also im wesentlichen unkritisch sind, mit unpolarisiertem oder zirkular bzw. elliptisch polarisierten Licht abgebildet werden.
Einer weiteren Ausgestaltung zufolge können auch im wesentlichen isolierte Strukturen oder solche mit geringen Anforderungen an die Periode vorteilhaft unter den erfindungsgemäßen Schritten mit linear TE-polarisiertem Licht von einer ersten Maske auf das Substrat abgebildet werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn deren laterale Dimension kleiner als dem 0.6-fachen der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes beträgt.
Mit der zweiten Maske umfassend den zweiten Bereich kann beispielsweise eine Gruppe von zweiten Strukturelementen abgebildet werden, welche jeweils projiziert auf das Substrat eine laterale Dimension größer als dem 0.6-fachen der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes aufweisen. Hierzu wird erfindungsgemäß zirkular oder elliptisch polarisiertes oder im wesentlichen unpolarisiertes Licht ausgewählt.
Die durch die vorliegende Erfindung erreichte höhere Auflösung ermöglicht die Übertragung von Strukturen höherer Pakkungsdichte, somit kleinere Bauelemente und daher eine höhere Anzahl elektronischer Bauelemente je Substrat. Die Folge sind geringere Fertigungskosten und mithin auch bessere Bauelemen teeigenschaften, wie beispielsweise höhere elektronische Taktfrequenzen.
Die Erfindung soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Darin zeigen
1 ein Intensitätsprofil in einer photoempfindlichen Schicht, welches jeweils mittels unpolarisiertem Licht (a), linear TE-polarisiertem Licht (b) und linear TM-polarisiertem Licht (c) gebildet wurde,
2 die Abhängigkeit der Reflektivität der in 1 gezeigten Polarisationen in Abhängigkeit vom Einfallswinkel,
3 den erzielbaren Kontrast in Abhängigkeit von der Numerischen Apertur für verschiedene Strukturbreiten (repräsentiert durch den K₁-Parameter),
4 eine erfindungsgemäße Anordnung mit Polarisationskonvertern im Strahlengang eines Projektionsapparates,
5 wie 4, jedoch mit Drehtellern zum Verstellen der Polarisationskonverter,
6 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung,
7 eine schematische Skizze mit den ausgerichteten Feldvektoren des TE- bzw. TM-polarisierten Lichtes.
Im oberen Teil der 6 ist schematisch der Aufbau einer Gate-Ebene eines elektronischen Bauelementes gezeigt. Ohne Beschränkung der Erfindung auf bestimmte Arten von Schaltungen ist hier ein Speicherschaltkreis mit vier Speicherzellenfeldern 10 und zugehöriger Peripherie 20 gezeigt. Das Struk turmuster ist hinsichtlich der Strukturdichte in zwei Bereiche aufteilbar. Ein erster idealisierter Bereich umfaßt die vier Speicherzellenfelder 10 und ein zweiter idealisierter Bereich umfaßt die Peripherie 20. Die Speicherzellenfelder umfassen gitterartige Strukturelemente, die in y-Richtung als lange, schmale, im wesentlichen parallel angeordnete Linien ausgerichtet sind. Die Gitterortsfrequenz beträgt 140 nm.
Das periphere Gebiet 20 umfaßt linienartige Strukturelemente verschiedenster Geometrie und Ausrichtung, wobei das auftretende Minimalgitter eine Gitterkonstante vom 260 nm und die kleinste Struktur eine Breite von 130 nm aufweist.
Es wird somit der Strukturinhalt, welcher herkömmlich auf nur einer Maske ausgebildet ist, auf zwei Masken aufgeteilt. Dabei werden die in y-Richtung ausgerichteten Strukturelemente des ersten Bereiches 10 mit hoher Ortsfrequenz auf einer ersten Maske in einem Maskenherstellungsprozeß plaziert. Die peripheren Strukturelemente des zweiten Bereiches 20 werden auf einer zweiten Maske 2 plaziert.
In einem Belackungsschritt 61 wird ein Substrat 4 mit einem photoempfindlichen Resist belackt und anschließend einem Projektionsapparat zugeführt.
In dem Projektionsapparat mit einer eingestellten Numerischen Apertur von 0.63 wird das gebildete Teil-Muster des zweiten Bereiches mit unpolarisiertem Licht 44 auf das in dem Projektionsapparat bereitgestellte Substrat 4 abgebildet. Dies hat kaum Nachteile zur Folge, weil für Strukturelemente in diesem Bereich der Einfallswinkel der strukturbildenden Strahlen klein ist (vgl. 2) und somit Polarisationseffekte kaum eine Beeinträchtigung der Abbildung verursachen.
Anschließend wird eine Numerische Apertur von 0.85 eingestellt. Die erste Maske mit den Strukturelementen des ersten Bereiches wird in den Projektionsapparat eingelegt und mit hochgradig linear polarisiertem Licht 46 auf das Substrat 4 abgebildet. Ein im Strahlengang nach der ersten Maske 1 angeordnetes Polarisationskonverter 8 bewirkt diese Polarisation 46 des von der Strahlungsquelle 100' noch unpolarisiert emittierten Lichtes. Das Konverter ist derart eingestellt, daß der Polarisationsvektor (E-Feld) der Ausrichtung der Linien auf der ersten Maske folgt. Aufgrund dieser relativen Ausrichtung liegt TE-polarisiertes Licht vor.
Anschließend wird der zweifach belichtete Resist 5 einem Entwicklungsvorgang unterzogen.
Würden die Strukturelemente des Speicherzellenfeldes im Strukturmuster/Layout in x-Richtung ausgerichtet sein, so könnte die Polarisationsrichtung durch Drehung des Konverters 8 um 90 Grad angepaßt werden.
Treten dagegen in beiden Richtungen, x und y, gitterartige Strukturen mit vergleichbar kritischer Gitterkonstante auf, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, den Strukturinhalt in Gruppen vertikaler und horizontaler Orientierung zu zerlegen und auf zwei Masken 1, 2 aufzuteilen. Die Abbildung beider Masken 1, 2 erfolgt dann sequentiell mit der erfindungsgemäß angepaßten linearen Polarisation 46, wobei die Gesamtstruktur durch Zusammensetzen der Einzelstrukturelemente auf dem Substrat 4 bzw. dem Wafer nach dem Stand der Technik erfolgt. Mit diesem Verfahren wird gewährleistet, daß Strukturelemente mit in beiden Koordinatenrichtungen mit kritischer Strukturbreite mit hoher Auflösung und mit hinreichend großem Prozeßfenster abgebildet werden können.
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, den Strukturinhalt auf zwei oder mehr Masken zu verteilen, wobei die in x- und y-Richtung ausgerichteten Strukturelemente kritisch hoher Ortsfrequenz getrennt auf zwei ersten Masken und die auflösungsunkritischen Strukturen auf einer dritten Maske plaziert werden. Die beiden Masken mit auflösungskritischen Strukturen werden – wie oben beschrieben – mit Licht angepaßter Polarisation abgebildet sowie die Maske mit den unkritischen Strukturen mit Hilfe von unpolarisiertem Licht.
Für das erfindungsgemäße Abbildungsverfahren können ohne Einschränkung alle bekannten lichtoptischen Maskentypen verwendet werden. Eine Anwendung auch auf Reflektionsmasken ist allerdings nicht ausgeschlossen.
Die 4 und 5 zeigen schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Projektionsapparates mit einer Strahlungsquelle 100, etwa einem ArF-Laser mit einer Wellenlänge von 193 nm, mit einem System von Linsen 9a – 9e und den Positionen der Masken 1 und Substrate 4, die durch entsprechende Halterungen vorgegeben sind. Es sind auch eine Anzahl von Positionen gekennzeichnet, in denen Eingriffe in den optischen Strahlengang zur Einstellung der Polarisation des Lichtes durchführbar sind. Hier können Polarisationskonverter 8a – 8e in den Strahlengang hinein- oder herausgeschoben werden.
Eine z.B. programmgesteuerte Einführung der Polarisationskonverter kann dabei entweder durch mechanische Schieber erfolgen (4) oder mittels Drehteller (5) erfolgen, wobei auf den Positionen verschiedene Polarisationskonverter 8a-e bzw. 8a'-d' plaziert sind. Diese bewirken eine jeweils gewünschte Veränderung der Lichtpolarisation in Abhängigkeit vom Teilinhalt auf der aktuell in dem Projektionsapparat eingelegten Maske 1, 2.

1: erste Maske
2: zweite Maske
4: Resist
5: Substrat, Wafer
8: Polarisationskonverter
9: Linsen
10: erster Bereich
12: Mittel zum Einstellen der Polarisationsrichtung des Kon
: verters, Drehen, Schwenken oder Austauschen des Konver
: ters
20: zweiter Bereich
44: unpolarisiertes Licht
46: linear polarisiertes Licht
61: Belackungsschritt
62: Entwicklungsschritt
100': erste Strahlungsquelle
100: weitere Strahlungsquelle

Claims

Verfahren zum Belichten eines mit einer photoempfindlichen Schicht (5) bedeckten Substrates (4) in einem Projektionsapparat mit einem Strukturmuster, das einen ersten Bereich (10) mit ersten Strukturelementen und wenigstens einen zweiten Bereich (20) mit zweiten Strukturelementen aufweist, umfassend die Schritte: – Bereitstellen des Substrates (4), – Auswählen einer ersten Maske (1), auf welcher der erste Bereich (10) mit den ersten Strukturelementen gebildet ist, – Bestrahlen der ersten Maske (1) mit Licht aus einer ersten Strahlungsquelle (100') zur Projektion des ersten Bereiches (10) des Strukturmusters in die photoempfindliche Schicht (5), – wobei das Licht der Strahlungsquelle (100') in einer ersten Richtung linear polarisiert (46) wird, – Auswählen einer zweiten Maske (2), auf welcher der zweite Bereich (20) mit den zweiten Strukturelementen gebildet ist, – Bestrahlen der zweiten Maske (2) mit Licht aus der ersten oder einer weiteren Strahlungsquelle (100) zur Projektion des zweiten Bereiches (20) des Strukturmusters in die photoempfindliche Schicht (5), – wobei das Licht der ersten oder weiteren Strahlungsquelle (100) a) in einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung linear polarisiert (46) wird, oder b) eine weitere Polarisation, insbesondere zirkulare oder elliptisch Polarisation aufweist, oder c) unpolarisiert (44) ist, – so daß die photoempfindliche Schicht mit dem Strukturmuster des ersten und zweiten Bereiches belichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (10) auf der ersten Maske (1) wenigstens eine Gruppe von periodisch angeordneten ersten Strukturelementen aufweist, welche projiziert auf das Substrat eine Periode kleiner als dem 0.8-fachen der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes bilden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die periodisch angeordneten ersten Strukturelemente jeweils ein oder mehrere ihnen zugeordnete Blindstrukturen umfassen, welche im Falle einer Abbildung nicht als Strukturelemente auf dem Substrat abgebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß – der zweite Bereich (20) auf der zweiten Maske (2) wenigstens eine Gruppe von periodisch angeordneten zweiten Strukturelementen aufweist, welche projiziert auf das Substrat eine Periode größer als dem 0.8-fachen der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes bilden, – zirkular oder elliptisch polarisiertes oder im wesentlichen unpolarisiertes Licht (44) für die Abbildung der zweiten Maske auf das Substrat ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Bereich (10) auf der ersten Maske (1) wenigstens eine Gruppe von ersten Strukturelementen aufweist, welche projiziert auf das Substrat jeweils eine laterale Dimension kleiner als dem 0.6-fachen der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes bilden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß – der zweite Bereich (20) auf der zweiten Maske (2) wenigstens eine Gruppe von zweiten Strukturelementen aufweist, welche projiziert auf das Substrat jeweils eine laterale Dimension größer als dem 0.6-fachen der Wellenlänge des zur Abbildung verwendeten Lichtes bilden, – zirkular oder elliptisch polarisiertes oder im wesentlichen unpolarisiertes Licht (44) für die Abbildung der zweiten Maske auf das Substrat ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß – die Gruppe periodisch angeordneter Strukturelemente als Anordnung zueinander paralleler Linien mit einer Ausrichtung innerhalb des ersten Bereiches (10) auf der ersten Maske (1) ausgebildet ist, – die erste Richtung der linearen Polarisation des Lichtes in Abhängigkeit von der Ausrichtung der Linien auf der ersten Maske (1) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – der zweite Bereich (20) eine Anzahl von Strukturelementen aufweist, welche als weitere parallele Linien mit einer weiteren Ausrichtung innerhalb des zweiten Bereiches (20) auf der zweiten Maske (2) ausgebildet sind, – die zweite Richtung der linearen Polarisation des Lichtes bei der Bestrahlung der zweiten Maske (2) in Abhängigkeit von der weiteren Ausrichtung der Linien auf der zweiten Maske (2) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Polarisation des Lichtes zur Bestrahlung der ersten Maske (1) vor einem Auftreffen des Lichtes auf der Maske (1) mit Hilfe eines Polarisationskonverters (8a-b) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Polarisation des Lichtes zur Abbildung der ersten Maske (1) nach einem Auftreffen des Lichtes auf der Maske (1) und vor einem Auftreffen des Lichtes auf dem Substrat (4) mit Hilfe eine Polarisationskonverters (8c-e) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Richtung der linearen Polarisation in Bezug auf den elektrischen Feldstärkevektor des Lichtes parallel zur der Ausrichtung der Linien in dem ersten Bereich (10) auf der ersten Maske (1) gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Richtung der linearen Polarisation in Bezug auf den elektrischen Feldstärkevektor des lichtes parallel zur der Ausrichtung der Linien in dem zweiten Bereich (20) auf der zweiten Maske (2) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestrahlen der ersten (1) und der zweiten Maske (2) zur Belichtung der photoempfindlichen Schicht (4) durchgeführt wird, ohne daß zwischen beiden Schritten ein Entwicklungs- und/oder Ätzschritt durchgeführt wird.
Projektionsapparat zur Durchführung einer Belichtung eines Substrates (4) mit einem Strukturmuster nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: – eine Strahlungsquelle (100, 100'), – ein Projektionssystem umfassend eine Anzahl von Linsen (9a-e), – wenigstens ein Polarisationskonverter (8) zur linearen Polarisation (46) von Licht, daß von der Strahlungsquelle (100, 100') in Richtung auf eine Maske (1, 2) und durch diese hindurch emittiert wird, – eine Halterung zur Aufnahme der Maske (1, 2), – eine Halterung zur Aufnahme des Substrates (4).
Projektionsapparat nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Einstellen der Polarisiationsrichtung des Polarisationskonverters (8).
Projektionsapparat nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein Mittel zum Ein- und Ausschwenken (12) des Polarisationskonverters in/aus einen/m Strahlengang des Lichtes von der Strahlungsquelle (100, 100'), welcher das Linsensystem (9), die Maskenhalterung und die Substrathalterung passiert.
Projektionsapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeit geeigneter Brechzahl, welche zwischen dem Substrat und einer dem Substrat zugewandten, im Strahlengang des Lichtes letzten Glasgrundfläche des Objektivs eingerichtet ist.