DE102004032401A1

DE102004032401A1 - Device for exposing a photosensitive resist layer on a semiconductor wafer during manufacture of a semiconductor memory comprises a light source, an illuminator geometry, a hybrid mask, and a projection lens

Info

Publication number: DE102004032401A1
Application number: DE200410032401
Authority: DE
Inventors: Rainer Pforr; Mario Hennig
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2004-07-03
Filing date: 2004-07-03
Publication date: 2005-09-29

Abstract

Projection exposing device for exposing a photosensitive resist layer (6) on a semiconductor wafer (7) during manufacture of a semiconductor memory comprises a light source (1), an illuminator geometry (3) with a rectangular opening, a hybrid mask (4) for the semiconductor memory consisting of an alternating phase mask with a phase difference of adjacent light structures of 180[deg] for establishing construction element structures of the cell field region and a chromium structure mask for establishing construction element structures of the logic region on the semiconductor wafer, and a projection lens (5). Independent claims are also included for: (1) Hybrid mask; (2) Illuminator geometry; and (3) Process for exposing a photosensitive resist layer on a semiconductor wafer during manufacture of a semiconductor memory.

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungseinrichtung zum Belichten einer Photolackschicht auf einem Halbleitersubstrat im Rahmen der Herstellung eines Halbleiterspeichers mit einer Lichtquelle, einer Illuminatorgeometrie, einer Maske zum Festlegen von Bauelementestrukturen des Zellenfeld- und des Logikbereiches auf der Halbleiterscheibe und einem Projektionsobjektiv. Die Erfindung betrifft weiter eine Illuminatorgeometrie, eine Maske sowie ein Verfahren zum Belichten einer Photolackschicht auf einer Halbleiterscheibe unter Verwendung einer vorstehend erläuterten Projektionsbelichtungseinrichtung.The The invention relates to a projection exposure apparatus for exposing a photoresist layer on a semiconductor substrate during the production a semiconductor memory with a light source, an illuminator geometry, a mask for defining component structures of the cell field and the logic area on the semiconductor wafer and a projection lens. The invention further relates to an illuminator geometry, a mask and a method for exposing a photoresist layer on a Semiconductor wafer using an above-explained Projection exposure device.

Integrierte Schaltungen, insbesondere Halbleiterspeicher, werden auf Halbleiterscheiben in der Regel mithilfe der Planartechnik hergestellt. Diese beinhaltet eine Abfolge von jeweils ganzflächig an der Halbleiterscheibenoberfläche wirkenden Einzelprozessen, die über geeignete Maskierungsschichten gezielt zur lokalen Veränderung des Halbleitermaterials führen. Die Strukturierung der Halbleiterscheiben erfolgt dabei heute fast durchwegs mithilfe der Lithografietechnik. Das wesentliche Merkmal dieser Technik ist ein strahlungsempfindlicher Photolack, der auf der Halbleiterscheibe aufgebracht und in den gewünschten Bereichen so bestrahlt wird, dass in einem geeigneten Entwickler nur die bestrahlten oder unbestrahlten Bereiche entfernt werden. Das so entstandene Photolackmuster dient dann als Maske bei einem darauffolgenden Prozessschritt, z.B. bei einer Ätzung oder einer Ionenimplantation. Anschließend wird dann die Photolackmaske wieder abgelöst.integrated Circuits, in particular semiconductor memories, are based on semiconductor wafers usually made using the planar technique. This includes a sequence of each over the entire surface at the wafer surface acting single processes that over suitable masking layers targeted for local change lead the semiconductor material. The structuring of the semiconductor wafers is almost done today consistently using lithography technology. The essential feature This technique is a radiation sensitive photoresist, the on applied to the semiconductor wafer and irradiated in the desired areas so is that in a suitable developer only the irradiated or unirradiated areas are removed. The resulting photoresist pattern then serves as a mask in a subsequent process step, e.g. in an etching or an ion implantation. Subsequently, the photoresist mask replaced again.

Im Rahmen der Lithografietechnik ist es die Aufgabe von Belichtungsverfahren, die gewünschten Strukturen auf die Oberfläche der Photolackschicht abzubilden. Zielsetzung bei dem Belichtungsverfahren ist es dabei, eine möglichst hohe Auflösung zu erreichen, um auch kleinste Strukturen auf der Photolackschicht und damit auf der Halbleiterscheibe ausbilden zu können. Um im Rahmen der fortschreitenden Miniaturisierung immer kleiner werdende Strukturen erzeugen zu können, besteht bei den Belichtungsverfahren vor allem die Möglichkeit, zu kürzen Belichtungswellenlängen überzugehen. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch gleichzeitig wünschenswert, die augenblicklich existierende Lithografieausrüstung möglichst lange zu nutzen, bevor, um weitere Strukturverkleinerungen zu erreichen, zur nächst kürzeren Belichtungswellenlänge übergegangen werden muss. Um bei gleichbleibender Belichtungswellenlänge kleinere Strukturen ausbilden zu können, werden deshalb zunehmend sogenannte „resolution enhancement-Techniken" (RET) beim Belichten eingesetzt. Hierbei kommen vor allem zwei Maßnahmen zum Einsatz, nämlich die Schrägbelichtung (off axis illumination) und die Verwendung von Phasenmasken (phase shifting masks).in the Lithographic technology, it is the task of exposure methods, the desired structures on the surface depict the photoresist layer. Objective in the exposure process is it about, one as possible high resolution to reach even the smallest structures on the photoresist layer and thus to be able to train on the semiconductor wafer. Around in the course of progressive miniaturization ever smaller To create structures, In the case of exposure methods, the main possibility is to to shorten exposure wavelengths. Because of economical reasons but at the same time it is desirable to use the existing lithographic equipment for as long as possible before to achieve further structural reductions, moved to the next shorter exposure wavelength must become. To smaller at the same exposure wavelength Being able to train structures Therefore, increasingly so-called "resolution enhancement techniques" (RET) in the exposure used. Here are mainly two measures are used, namely the oblique illumination (off axis illumination) and the use of phase masks (phase shifting masks).

Bei der Schrägbeleuchtung wird die Lichtquelle der optischen Belichtungseinrichtung nicht mittig auf der Objektivöffnung abgebildet, sondern schräg, z.B. ringförmig mithilfe einer Fliegenaugenlinse (annular illumination) oder an vier Stellen an der Peripherie der Objektivöffnung (quadrupole illumination). Durch diese Schrägbelichtung gelangen höhere Beugungsordnungen in die Objektivöffnung, was die Auflösung erhöht.at the oblique lighting the light source of the optical exposure device does not become centered on the lens opening pictured but obliquely, e.g. annular using a fly-eye lens (annular illumination) or on four places on the periphery of the lens aperture (quadrupole illumination). Through this oblique exposure get higher Diffraction orders in the lens opening, which increases the resolution.

Phasenmasken unterscheiden sich von Standardchrommasken, die das gewünschte Muster als Chromschicht auf einem transparenten Träger enthalten, dadurch, dass sie zwei Arten von transparenten Bereichen aufweisen, zwischen denen ein Phasendifferenz von 180° besteht. Hierdurch resultiert ein scharfer Dunkel/Hell-Übergang an den Strukturkanten, was zu einem verbesserten Auflösungsvermögen führt. Phasenmasken können dabei als Halbton-Phasenmaske (attenuated PSM), die anstelle von lichtundurchlässigen Chrombereichen einer Standardchrommaske teildurchlässige phasenverschiebende Bereiche aufweisen oder als starke Phasenmasken, bei denen zwei benachbarte Bereiche eine um 180° verschobene Phase aufweisen, ausgebildet sein. Bei starken Phasenmasken wiederum unterscheidet man zwischen chromlosen Phasenmasken, die aus volltransparenten Strukturen bestehen, die gegenüber dem Umgebungsgebiet einen Phasenunterschied von 180° aufweisen, und alternierenden Phasenmasken (alternating PSM), bei denen zwei benachbarte transparente Bereiche eine um 180° verschobene Phase besitzen.phase masks differ from standard chrome masks, which the desired pattern as Chromium layer contained on a transparent support, in that they have two types of transparent areas between which there is a phase difference of 180 °. This results in a sharp dark / bright transition at the structural edges, which leads to an improved resolution. phase masks can as a halftone phase mask (attenuated PSM), instead of opaque Chrombereichen a standard chroma mask partially transparent phase-shifting Have areas or as strong phase masks, where two adjacent areas shifted by 180 ° Phase be formed. With strong phase masks again a distinction is made between chromeless phase masks, which are fully transparent Structures exist opposite the surrounding area has a phase difference of 180 °, and alternating phase masks (alternating PSM), in which two adjacent transparent areas have a phase shifted by 180 °.

Bei der Herstellung von Halbleiterspeichern, insbesondere DRAM-Speichern, werden RET-Verfahren vor allem zur Strukturierung der aktiven Gebiete im Zellenfeld- und im Logikbereich eingesetzt. Um die aktiven Gebiete des Zellenfeldbereiches mit Strukturbreiten nahe der optischen Auflösungsgrenze auszubilden, eigenen sich insbesondere alternierende Phasenmasken. Bei den alternierenden Phasenmasken besteht jedoch die Gefahr, dass bei hoher Komplexität der abzubildenden Struktur Phasenkonflikte auftreten. Aus diesem Grund werden die aktiven Gebiete des Logikbereiches, die ein komplexes Layout aufweisen, bevorzugt mit Standardchrommasken oder Halbton-Phasenmasken ausgeführt. Wegen der unterschiedlichen Masken werden die aktiven Gebiete der DRAM-Speicher in der Regel mit getrennten Belichtungsschritten strukturiert. Dabei werden im Allgemeinen im ersten Belichtungsschritt unter Nutzung einer alternierenden Phasenmaske Hellstrukturen für die aktiven Gebiete des Zellenfeldbereiches auf einer Photolackschicht, die auf der vorstrukturierten Halbleiterscheibe aufgeschleudert ist, abgebildet. Mit einem zweiten Belichtungsschritt unter Einsatz einer Standardchrommaske oder einer Halbton-Phasenmaske werden dann die aktiven Gebiete des Logikbereiches auf der Photolackschicht festgelegt. Die erforderliche Doppelbelichtung ist jedoch sehr zeitaufwändig und führt darüber hinaus zu deutlich erhöhten Produktionskosten.In the production of semiconductor memories, in particular DRAM memories, RET methods are used above all for structuring the active areas in the cell field and in the logic area. In order to form the active regions of the cell field region with structure widths close to the optical resolution limit, alternating phase masks are particularly suitable. In the case of the alternating phase masks, however, there is a risk that phase conflicts occur with high complexity of the structure to be imaged. For this reason, the active regions of the logic region, which have a complex layout, are preferably performed with standard chroma masks or halftone phase masks. Because of the different masks, the active areas of the DRAM memories are usually structured with separate exposure steps. In this case, in general, in the first exposure step using an alternating phase mask, light structures for the active regions of the cell field region on a photoresist layer which are on the front structured semiconductor disk is spun on, imaged. With a second exposure step using a standard chroma mask or a halftone phase mask, the active regions of the logic region are then fixed on the photoresist layer. However, the required double exposure is very time consuming and also leads to significantly increased production costs.

Um eine verbesserte Auflösung bei der Ausbildung der aktiven Gebiete von DRAM-Speichern zu erreichen, wird zusätzlich eine Schrägbeleuchtung bei der Abbildung der Hellstrukturen auf der Photolackschicht durchgeführt. Logikstrukturen werden dabei vorzugsweise mithilfe der ringförmigen Schrägbeleuchtung abgebildet, da diese vertikale und horizontale Strukturen mit gleicher Auflösung überträgt. Bei der Annular-Illumination können jedoch insbesondere bei der Abbildung des sogenannten MUX-Spaltes, der aus gitterartigen Strukturen mit einer im Vergleich zu den aktiven Gebieten doppelten Periode und einem Steg/Spalt-Verhältnis von ca. 1,5 besteht, Abbildungsfehler auftreten, was zu einer verringerten Linienstabilität in diesem kritischen Bereich führen kann. Die aktiven Gebiete des Zellenfeldbereiches werden dagegen bevorzugt in Quadrupol-Beleuchtung schräg abgebildet, um eine erhöhte Auflösung zu erzielen.Around an improved resolution to achieve in the formation of the active areas of DRAM memories, will be added an oblique lighting the image of the light structures performed on the photoresist layer. logic structures are preferably imaged by means of the annular oblique illumination because transmits these vertical and horizontal structures with the same resolution. In the Annular illumination can However, especially in the image of the so-called MUX gap, the of lattice-like structures with one compared to the active one Areas double period and a jetty / gap ratio of 1.5, aberrations occur, resulting in a reduced line stability lead in this critical area can. The active areas of the cell field area will be against preferably obliquely displayed in quadrupole illumination, to an increased resolution to achieve.

Um aber Produktionskosteneinsparung zu erreichen, werden zunehmend auch die beiden Schrägbelichtungen zum Abbilden von Hellstrukturen des Zellenfeld- und des Logikbereiches mit derselben Illuminatorgeometrie ausgeführt. Bevorzugt wird dabei eine angepasste Quadrupol-Beleuchtung eingesetzt, bei der als Beleuchtungsöffnung ein Vierpol in einer Blende verwendet wird, dessen Öffnungen an den Enden eines aufrecht stehenden Kreuzes platziert sind. Nachteilig an dieser Quadrupol-Geometrie des Illuminators ist aber, dass parallel zur Orientierung der gewünschten Lacklinien ausgerichtete Illuminatoröffnungen nicht zum Strukturaufbau dieser Lacklinien beitragen, sondern den Luftbildkontrast erheblich vermindern und somit das mögliche Prozessfenster vermindern. Weiterhin weist die angepasste Quadrupol-Illuminatorgeometrie einen hohen MEF-Wert (mask enhancement factor) auf. Der MEF-Wert ist ein Maß für die Linienbreitenvariation auf der Photolackschicht, die durch Abweichungen in der Maskenstruktur verursacht werden. Der MEF-Faktor für die Quadrupol-Illuminatorgeometrie beträgt 4 bis 5, was dazu führt, dass bei einer allein durch den MEF-Faktor bedingten Maskenuniformität von ± 8 nm eine Linienbreitenschwankung von ca. ± 9 nm auftritt, was bei Linienbreiten von weniger als 90 nm zu einer erheblichen Beeinträchtigung der Linienstabilität führt.Around but achieving production cost savings is increasing also the two oblique exposures for imaging light structures of the cell array and the logic area executed with the same Illuminatorgeometrie. Preference is given to a adapted quadrupole illumination used when the lighting aperture Quadrupole is used in a panel, whose openings at the ends of a are placed upright cross. A disadvantage of this Quadrupole geometry of the illuminator, however, is that parallel to the orientation of the desired Paint lines aligned Illuminatoröffnungen not structural structure These paint lines contribute, but the aerial contrast significantly reduce and thus the possible Reduce process window. Furthermore, the adapted quadrupole illuminator geometry indicates a high MEF value (mask enhancement factor). The MEF value is a measure of linewidth variation the photoresist layer caused by deviations in the mask structure caused. The MEF factor for the quadrupole illuminator geometry is 4 to 5, which leads in the case of a mask uniformity of ± 8 nm caused solely by the MEF factor a line width variation of about ± 9 nm occurs, which is at line widths less than 90 nm to a significant impairment the line stability leads.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Projektionsbelichtungseinrichtung, eine Maskenstruktur und eine Illuminatorgeometrie für eine solche Projektionseinrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, die sich durch geringe Produktionskosten, hohe Auflösung bei gleichzeitig großem Prozessfenster zur Strukturabbildung und kleinem MEF-Faktor auszeichnen.task It is the object of the present invention to provide a projection exposure apparatus, a mask structure and an illuminator geometry for such Projection device and provide a corresponding method, which is characterized by low production costs, high resolution at the same time big Mark process window for structure mapping and small MEF factor.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Projektionsbelichtungseinrichtung gemäß Anspruch 1, einer Hybridmaske gemäß Anspruch 5, eine Illuminatorgeometrie gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a A projection exposure apparatus according to claim 1, a hybrid mask according to claim 5, an illuminator geometry according to claim 7 and a method according to claim 10 solved. Preferred developments are specified in the dependent claims.

Eine erfindungsgemäße Projektionsbelichtungseinrichtung zum Belichten einer Photolackschicht auf einer Halbleiterscheibe im Rahmen der Herstellung eines Halbleiterspeichers ist mit einer Illuminatorgeometrie versehen, die eine rechteckige Öffnung aufweist, wobei zur Belichtung eine Hybridmaske, bestehend aus einer alternierenden Phasenmaske mit einem Phasenunterschied benachbarter Hellstrukturen von 180° zum Festlegen von Bauelementstrukturen des Zellenfeldbereiches und einer Chromstrukturmaske zum Festlegen von Bauelementstrukturen des Logikbereiches auf der Halbleiterscheibe zum Einsatz kommt.A Projection exposure device according to the invention for exposing a photoresist layer on a semiconductor wafer in the context of the production of a semiconductor memory is with a Illuminator geometry provided, which has a rectangular opening, wherein for exposure a hybrid mask consisting of an alternating Phase mask with a phase difference of neighboring light structures from 180 ° to Set component structures of the cell field area and a chrome structure mask for setting component structures of the logic area on the Semiconductor wafer is used.

Ein Einsatz der erfindungsgemäßen Hybridmaske ermöglicht es, die Hellstrukturen sowohl für die aktiven Gebiete im Zellenfeldbereich als auch für die aktiven Gebiete im Logikbereich mit einem Einfach-Belichtungsprozess auszuführen, was gegenüber einen Doppelbelichtungsprozess zu einer wesentlichen Verringerung der Produktionskosten führt. Die aktiven Gebiete des Zellenfeldbereiches werden dabei mit dem alternierenden Phasenmaskenteil der Hybridmaske ausgebildet, wodurch diese Strukturen mit einem hohen Kontrast, einem großen Prozessfenster und einem kleinen MEF-Wert auf die Photolackschicht übertragen werden. Die aktiven Gebiete des Logikbereiches und dabei insbesondere auch die MUX-Spaltgruppen werden mit dem Chrommaskenteil der Hybridmaske auf der Photolackschicht erzeugt, wodurch sich bei hoher Auflösung zuverlässig die hochkomplexe Schaltungsstruktur im Logikbereich abbilden lässt. Die Hybridmaske sorgt somit für eine hohe Linienbreitenstabilität bei gleichzeitig hoher Auflösung im gesamten aktiven Gebiet des Halbleiterspeichers.One Use of the hybrid mask according to the invention allows it, the light structures for both the active areas in the cell field area as well as for the active areas in the logic area with a single exposure process, which is opposite to one Double exposure process to a substantial reduction of Production costs leads. The active areas of the cell field area are doing with the alternating Phase mask part of the hybrid mask formed, whereby these structures with a high contrast, a big one Process window and a small MEF value transferred to the photoresist layer become. The active areas of the logic area and in particular also the MUX splitting groups become with the chromium mask part of the hybrid mask produced on the photoresist layer, which reliably at high resolution highly complex circuit structure in the logic area. The Hybrid mask thus ensures a high line width stability at the same time high resolution in the entire active region of the semiconductor memory.

Der erfindungsgemäße Einsatz einer rechteckigen Illuminatorgeometrie zur Beleuchtung der Hybridmaske sorgt weiterhin für eine verbesserte Abbildungperformance der Strukturen im Zellenfeld- und im Logikbereich, da sich gegenüber den herkömmlich eingesetzten Illuminatoröffnungen eine deutliche Steigerung der Schärfen bei gleichzeitig deutlicher Reduzierung des MEF-Wertes ergibt.The use according to the invention of a rectangular illuminator geometry for illuminating the hybrid mask furthermore ensures improved imaging performance of the structures in the cell field and in the logic area, as compared to the conventionally used Illuminatoröffnungen results in a significant increase in sharpening at the same time significantly reducing the MEF value.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hybridmaske weiterhin eine Phasenassistmaske im Bereich des Chromstrukturteils der Hybridmaske zum Festlegen der Bauelementstrukturen des Logikbereiches auf, die einen Phasenhub von 180° bewirkt und deren laterale Dimension höchstens das 0,25-fache der eingestrahlten Wellenlänge, bezogen auf die numerische Apertur des Projektionsabbildes, beträgt. Die Phasenstrukturen der Phasenassistmaske sind dabei symmetrisch zu den Chromstrukturkanten ausgerichtet. Durch die Phasenassistmaske wird ein deutlich verbesserter Intensitätsgradient an der Strukturkante und damit ein erhöhter Kontrast erzielt, so dass ein vergrößertes Prozessfenster bei gleichzeitig verbesserter Linienbreitenkontrolle erreicht wird. Die erfindungsgemäße Ausrichtung der Phasenstrukturen in der Phasenassistmaske entlang der Chromstrukturkanten, sowie der obere Grenzwert für die Strukturgrößen sorgen dafür, dass die Hellstrukturen der Phasenassistmaske bei der Strukturierung der Photolackschicht nicht auflösend ist und somit keine Gräben erzeugt.According to one preferred embodiment the hybrid mask will continue to have a phase assist mask in the range of Chrome structural part of the hybrid mask for determining the device structures of the logic area, which causes a phase swing of 180 ° and their lateral dimension at most 0.25 times the irradiated wavelength, relative to the numerical Aperture of the projection image is. The phase structures of the Phase assist mask are symmetrical to the chrome structure edges aligned. The phase-control mask improves significantly intensity gradient at the structural edge and thus achieved an increased contrast, so that an enlarged process window is achieved at the same time improved line width control. The inventive alignment the phase structures in the phase-control mask along the chromium structure edges, as well as the upper limit for the Structure sizes provide for this, that the light structures of the phase assist mask in structuring the Photoresist layer not dissolving is and therefore no trenches generated.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge der Öffnung der Illuminatorgeometrie maximal das Doppelte ihrer Breite. Durch diese Auslegung der Illuminatorgeometrie lassen sich auch bei großem Defokus sehr strukturtreue Geometrien der Lichtbilder auf dem Photolack erzielen.According to one another preferred embodiment is the length the opening the illuminator geometry at most twice their width. By This interpretation of Illuminatorgeometrie can also be with a large defocus very structurally faithful geometries of the light images on the photoresist achieve.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.The Invention will become apparent from the accompanying drawings explained in more detail.

1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungseinrichtung; 1 shows schematically an embodiment of the projection exposure device according to the invention;

2 zeigt den Ausschnitt einer Strukturebene mit aktiven Gebieten bei einem Halbleiterspeicher mit Speicherzellenfeld- und Logikbereich; 2 shows the section of a structural level with active areas in a semiconductor memory with memory cell array and logic area;

3 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hybridmaske; 3 shows a first embodiment of a hybrid mask according to the invention;

4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hybridmaske; 4 shows a second embodiment of a hybrid mask according to the invention;

5 zeigt eine erfindungsgemäße Illuminatorgeometrie; 5 shows an illuminator geometry according to the invention;

6 zeigt eine Vergleichsmessung für verschiedene Illuminatorgeometrien; 6 shows a comparison measurement for different Illuminatorgeometrien;

7 zeigt eine Messung der Linienbreitendifferenz zwischen vertikal und horizontal ausgebildeten Gitterlinien bei einer erfindungsgemäßen Illuminatorgeometrie; und 7 shows a measurement of the line width difference between vertically and horizontally formed grid lines in an illuminator geometry according to the invention; and

8 stellt einen Prozessfenstervergleich für den MUX-Spalt zwischen einer Quadrupol-Illuminatorgeometrie gemäß dem Stand der Technik und einer erfindungsgemäßen Illuminatorgeometrie dar. 8th FIG. 4 illustrates a process window comparison for the MUX gap between a quadrupole illuminator geometry according to the prior art and an illuminator geometry according to the invention. FIG.

Belichtungsverfahren haben in der lithographischen Technik die Aufgabe, gewünschte Hellstrukturen auf der Oberfläche einer mit Photolack bedeckten Halbleiterscheibe auszubilden, um anschließend die Halbleiterscheibe mit den entsprechenden Hellstrukturen strukturierten Photolackschicht gezielt lokal verändern und entsprechende Strukturen ausbilden zu können. Eine möglichst hohe Auflösungsleistung, eine geringe Defektdichte und niedrige Belichtungskosten sind dabei wesentliche Beurteilungskriterien bei der Auswahl des Belichtungssystems. Zielsetzung ist es weiterhin, möglichst lange eine Belichtungswellenlänge nutzen zu können, bis weitere gewünschte Strukturverkleinerungen den Einsatz der nächst kürzeren Belichtungswellenlänge zwingend notwendig machen.exposure method have the task in the lithographic technique, desired light structures on the surface form a photoresist-covered semiconductor wafer to subsequently structured the semiconductor wafer with the corresponding light structures Locally change the photoresist layer and corresponding structures to be able to train. One possible high resolution performance, a low defect density and low exposure costs are included Essential criteria for the selection of the exposure system. objective it is still, if possible long an exposure wavelength to be able to use until further desired Structural reductions the use of the next shorter exposure wavelength mandatory do.

Mit der erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungseinrichtung, der zugehörigen Hybridmaske, sowie der entsprechenden Illuminatorgeometrie besteht die Möglichkeit, in einem kostengünstigen Einfachbelichtungsprozess insbesondere die aktiven Gebiete eines Speicherbausteins sowohl im Zellenfeldbereich, als auch im Logikbereich mit Strukturbreiten nahe der Auflösungsgrenze zu erzeugen, wobei gleichzeitig eine hohe Linienbreitenstabilität garantiert ist.With the projection exposure apparatus according to the invention, the associated Hybrid mask, as well as the corresponding Illuminatorgeometrie exists the possibility, in a low cost Simple exposure process, in particular the active areas of a Memory blocks both in the cell field area, as well as in the logic area with feature widths near the resolution limit, where At the same time a high line width stability is guaranteed.

1 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen lichtoptischen Projektionsbelichtungseinrichtung. Die Projektionsbelichtungseinrichtung ist dabei als Waferstepper ausgelegt, bei der ein auf der Halbleiterscheibe abzubildendes Muster dadurch vervielfältigt wird, dass die zu belichtende Halbleiterscheibe und die Belichtungseinrichtung nacheinander so positioniert werden, dass an allen gewünschten Positionen das Muster auf der Halbleiterscheibe ausgebildet werden kann. 1 shows a possible embodiment of a light-optical projection exposure device according to the invention. The projection exposure apparatus is designed as a wafer stepper, in which a pattern to be imaged on the semiconductor wafer is multiplied by successively positioning the semiconductor wafer to be exposed and the exposure apparatus so that the pattern can be formed on the semiconductor wafer at all desired positions.

Der lichtoptische Waferstepper weist eine Lichtquelle 1 auf, in der Regel einen Laser, der Licht in einer vorgegebenen Wellenlänge, z.B. bei 248 nm oder 193 nm abgibt. Das Laserlicht wird über einen Strahlengang 2 mit Umlenkspiegeln zu einer Illuminatorgeometrie 3 geführt, eine darunter liegende Maske 4, die ein Muster der zu erzeugenden Hellstrukturen enthält, beleuchtet. Das durch die Maske 4 hindurchgehende Licht wird dann von einem hochauflösenden Projektionsobjektiv 5 auf das gewünschte Bildfeld auf einer Photolackschicht 6 auf einem Halbleiterwafer 7 projiziert. Der Halbleiterwafer 7 wiederum ist auf einem Verschiebtisch 8 angeordnet, durch dessen Verschieben die einzelnen Bildfelder auf dem Halbleiterwafer angefahren werden können.The light-optical wafer stapler has a light source 1 usually a laser that emits light in a given wavelength, eg at 248 nm or 193 nm. The laser light is transmitted via a beam path 2 with deflecting mirrors to an illuminator geometry 3 guided, an underlying mask 4 , which contains a pattern of the light structures to be generated, illuminated. That through the mask 4 passing light is then from a high-resolution projection lens 5 to the desired image field on a photoresist layer 6 on one Semiconductor wafer 7 projected. The semiconductor wafer 7 turn is on a shift table 8th arranged, by moving the individual fields on the semiconductor wafer can be approached.

Um große Bildfelder auch bei feinsten Strukturen zu erreichen, können auch sogenannte Scaning-Waferstepper eingesetzt, bei denen zusätzlich die Maske und der Halbleiterwafer unter der Illuminatorgeometrie vorbei bewegt werden, um so das gesamte Maskenfeld auf dem Halbleiterwafer abzubilden.Around size You can also achieve image fields even with the finest structures so-called scanning waferstepper used, in which additionally the Mask and the semiconductor wafer under the Illuminatorgeometrie over be moved so as to cover the entire mask field on the semiconductor wafer map.

Um gleichzeitig aktive Strukturen im Speicherzellenfeldbereich und aktive Strukturen im Logikbereich bei der Herstellung eines Speicherbausteins auszubilden, wird erfindungsgemäß als Maske 4 in der Projektionsbelichtungseinrichtung eine Hybridmaske eingesetzt, die aus einer alternierenden Phasenmaske mit einem Phasenhub von 180° zum Festlegen der Bauelementstrukturen im Zellenfeldbereich und einer Chromstrukturmaske zum Festlegen der Bauelementstrukturen im Logikbereich besteht, wobei die Hybridmaske über eine Illuminatorgeometrie, die eine rechteckige Öffnung aufweist, beleuchtet wird.In order to simultaneously form active structures in the memory cell array area and active structures in the logic area in the manufacture of a memory chip, the invention is used as a mask 4 In the projection exposure apparatus, a hybrid mask is used which consists of an alternating phase mask with a phase deviation of 180 ° for defining the component structures in the cell field region and a chrome structure mask for defining the component structures in the logic region, wherein the hybrid mask is illuminated via an illuminator geometry having a rectangular opening ,

2 zeigt einen Ausschnitt eines Bildfeldes der aktiven Strukturgebiete eines DRAM-Speicherbausteins als Beispiel. Der Bereich A stellt den Zellenfeldbereich dar, der Bereich B den Logikbereich mit MUX-Spaltstrukturen C. Solche MUX-Spaltfiguren sind in der Regel gitterartig ausgelegt mit der einer im Vergleich zum Zellenfeldbereich doppelten Periode bei einem Steg/Spaltverhältnis von ca. 1,5. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Hybridmaske zur Belichtung der in 2 gezeigten aktiven DRAM-Struktur. Die Hybridmaske 4 besteht aus einem alternierenden Phasenmaskenteil 41 zur Festlegung der Strukturelemente des Speicherzellenfeldbereichs und einem Chromstrukturmaskenteil 42 zum Festlegen der Strukturelemente des Logikbereichs. 2 shows a section of an image field of the active structure areas of a DRAM memory device as an example. The area A represents the cell field area, the area B the logic area with MUX gap structures C. Such MUX gap figures are usually grid-like with a double period compared to the cell field area with a land / gap ratio of approximately 1.5. 3 shows a hybrid mask according to the invention for the exposure of in 2 shown active DRAM structure. The hybrid mask 4 consists of an alternating phase mask part 41 for determining the structural elements of the memory cell array region and a chrome structure mask part 42 for defining the structure elements of the logic area.

Der alternierende Phasenstrukturmaskenteil 41 der Hybridmaske 4 weist dabei benachbarte transparente Bereiche 411, 412 auf, zwischen denen ein Phasenunterschied von 180° besteht. Hierdurch wird ein verbesserter Intensitätsgradient an den Strukturkanten und damit eine verbesserte Strukturauflösung erreicht. Der Chromstrukturmaskenteil 42 der Hybridmaske 4 dagegen wechselt nur zwischen transparenten und nicht transparenten Bereichen 421, 422, wodurch sich die komplexen Strukturen des Logikbereichs zuverlässig mit hoher Linienbreitenstabilität abbilden lassen.The alternating phase structure mask part 41 the hybrid mask 4 has adjacent transparent areas 411 . 412 between which there is a phase difference of 180 °. As a result, an improved intensity gradient at the structural edges and thus improved structural resolution is achieved. The chrome structure mask part 42 the hybrid mask 4 however, it only switches between transparent and non-transparent areas 421 . 422 , whereby the complex structures of the logic area can be reproduced reliably with high line width stability.

Um insbesondere auch im Logikbereich für eine verbesserte Auflösung zu sorgen, kann, wie in 4 gezeigt, die Hybridmaske zusätzlich mit einer Phasenassiststruktur 43 im Bereich der MUX-Spaltstrukturen versehen sein. Die MUX-Spaltstrukturen werden dabei durch Chromstrukturelemente erzeugt, in die lokale Hellgebiete 43 mit einem Phasenhub von 180° eingebracht sind. Die Phasengebiete 43 im Chromstrukturmaskenteil sind dabei in ihrer lateralen Dimension so gewählt, dass sie bei der Strukturierung der Photolackschicht nicht auflösen, d.h. keine Gräben erzeugen. Hierzu weisen die Phasenstrukturen einer lateralen Dimension unterhalb von 0,25 × λ/NA auf, wobei λ die Belichtungswellenlänge und NA die numerische Apertur des eingesetzten Projektionsobjektivs ist. Die Phasengebiete sind weiterhin symmetrisch zu den langen Strukturkanten der Chromstrukturen platziert. Durch die zusätzliche Phasenassistmaske 43 im Bereich des Chromstrukturmaskenteils 42 der Hybridmaske 4 wird eine Vergrößerung des Intensitätsgradienten an der Strukturkante, und damit ein vergrößertes Prozessfenster bei einer verbesserten Linienbreitenkontrolle erzielt.In particular, in order to provide improved resolution in the logic area as well, as in 4 In addition, the hybrid mask has a phase assist structure 43 be provided in the field of MUX gap structures. The MUX gap structures are thereby generated by chromium structural elements, in the local light areas 43 are introduced with a phase swing of 180 °. The phase domains 43 in the chrome structure mask part are chosen in their lateral dimension so that they do not dissolve in the structuring of the photoresist layer, ie do not create trenches. For this purpose, the phase structures have a lateral dimension below 0.25 × λ / NA, where λ is the exposure wavelength and NA is the numerical aperture of the projection objective used. The phase regions are furthermore placed symmetrically to the long structural edges of the chromium structures. Through the additional phase-control mask 43 in the area of the chrome structure mask part 42 the hybrid mask 4 an increase in the intensity gradient at the structural edge, and thus an enlarged process window is achieved with an improved line width control.

Die erfindungsgemäße Hybridmaske 4, wie sie in zwei Ausführungsformen gemäß 3 und 4 gezeigt ist, wird über eine Illuminatorgeometrie 3 beleuchtet, die eine Beleuchtungsöffnung in rechteckiger Form 31 aufweist. Hierdurch wird eine verbesserte Strukturabbildung insbesondere der aktiven Strukturen im Zellenfeldbereich, die über den alternierenden Phasenmaskenteil 41 der Hybridmaske 4 belichtet werden, erreicht und gleichzeitig eine deutliche Steigerung der Tiefenschärfe insbesondere bei der Ausbildung der MUX-Spaltstrukturen im Logikbereich über dem Chromstrukturmaskenteil 42 erzielt. Die Illuminatorgeometrie 3 mit rechteckiger Öffnung 31 sorgt darüber hinaus für einen kleinen MEF-Wert für die Zellenfeldstrukturen und damit einer hohen Linienbreitenstabilität, wodurch eine hohe Ausbeute bei der Herstellung der DRAM-Speicher erzielt werden kann. Die rechteckige Form der Illuminatoröffnung 31 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass die längere Seite der Öffnung mit der Orientierung der Zellenfeld- und MUX-Strukturlinien korrespondiert. Die Länge der Illuminatoröffnung beträgt dabei maximal das Doppelte ihrer Breite. Um eine MUX-Spaltstruktur mit einem Steg/Spaltverhältnis von ca. 1,5 herzustellen, ist es bevorzugt, eine Illuminatoröffnung mit einem Breiten/Längenverhältnis von 1 bis 1,5 einzusetzen. Die Breite des Illuminators beträgt vorzugsweise 0,2 bis 0,4 Sigma, die Länge 0,3 bis 0,5 Sigma.The hybrid mask according to the invention 4 , as described in two embodiments according to 3 and 4 is shown using an illuminator geometry 3 illuminated, which has a lighting aperture in rectangular shape 31 having. This results in an improved structure image, in particular of the active structures in the cell field region, which is transmitted via the alternating phase mask part 41 the hybrid mask 4 be illuminated, and at the same time a significant increase in depth of field, especially in the formation of the MUX gap structures in the logic area above the chrome structure mask part 42 achieved. The illuminator geometry 3 with rectangular opening 31 moreover provides a small MEF value for the cell field structures and thus a high line width stability, whereby a high yield in the production of the DRAM memory can be achieved. The rectangular shape of the illuminator opening 31 is preferably formed so that the longer side of the opening corresponds to the orientation of the cell array and MUX structure lines. The length of the Illuminatoröffnung is at most twice their width. In order to make a MUX split structure having a land / gap ratio of about 1.5, it is preferable to use an illuminator opening having a width / length ratio of 1 to 1.5. The width of the illuminator is preferably 0.2 to 0.4 sigma, the length 0.3 to 0.5 sigma.

6 zeigt den Einfluss der Geometrie und der Dimensionierung der Illuminatoröffnung auf Strukturtreue und Schärfentiefe der MUX-Spaltgruppierung im Logikbereich. Während bei herkömmlichen zirkularen Illuminatoröffnungen im Stand der Technik, wie in der ersten Messreihe gezeigt, bei einer Tiefenschärfe von 0,20 μm durch Aufspalten der Linienenden eine Geometrieverfälschung auftritt, können mit einer rechteckigen Illuminatoröffnung, wie in der zweiten Messreihe gezeigt, bei einem Defokus von 0,20 μm noch sehr strukturtreue MUX-Spaltgeometrien ausgebildet werden. 6 shows the influence of the geometry and dimensioning of the illuminator aperture on the structure fidelity and depth of field of the MUX split grouping in the logic domain. Whereas in conventional circular illuminator openings in the prior art, as shown in the first measurement series, geometry falsification occurs by splitting the line ends with a depth of focus of 0.20 μm, With a rectangular Illuminatoröffnung, as shown in the second series of measurements, at a defocus of 0.20 .mu.m, very structurally faithful MUX gap geometries can be formed.

Aufgrund des unterschiedlichen Breiten/Längenverhältnisses bei der erfindungsgemäßen rechteckigen Illuminatorgeometrie kann es jedoch zu Linienbreitendifferenzen zwischen vertikal und horizontal auszubildenden Strukturlinien kommen. 7 zeigt die Abweichung der Linienbreite zwischen vertikal und horizontal ausgebildeten Linien eines Gitters für verschiedene Gitterperioden. Stärkere Abweichungen treten im Bereich kleiner Gitterperioden unter 0,4 μm, wohingegen im Gitterperiodenbereich von über 0,6 μm ein nahezu konstanter Offset von 8nm besteht. Zum Ausgleich dieser Linienbreitendifferenz zwischen horizontalen und vertikalen Strukturlinien besteht die Möglichkeit, mit herkömmlichen Techniken die Hybridmaske anzupassen. So kann der Offset bei großen Gitterperioden durch eine sogenannte Bias-Korrektur der Maskenstruktur ausgeglichen. Im Bereich kleiner Perioden kann dagegen eine periodenabhängige Korrektur in OPC-Technik durchgeführt werden.Due to the different width / length ratio in the rectangular illuminator geometry according to the invention, however, there may be line width differences between vertical and horizontal structural lines to be formed. 7 shows the deviation of the line width between vertically and horizontally formed lines of a grating for different grating periods. Stronger deviations occur in the range of small grating periods below 0.4 μm, whereas in the grating period range of more than 0.6 μm an almost constant offset of 8 nm exists. To compensate for this line width difference between horizontal and vertical structure lines, it is possible to adapt the hybrid mask using conventional techniques. Thus, the offset can be compensated for large grating periods by a so-called bias correction of the mask structure. In the area of small periods, on the other hand, a period-dependent correction in OPC technology can be performed.

8 zeigt einen Prozessfenstervergleich für die Ausbildung von MUX-Spaltstrukturen im Logikbereich bei einer Belichtung der Masken mit einem Quadrupol-Illuminator gemäß dem Stand der Technik und einem erfindungsgemäßen Rechteckilluminator. Das Prozessfenster, das sich mit dem erfindungsgemäßen Rechteckilluminator erzielen lässt, ist dabei um den Faktor 2 größer als das mit einem Quadrupol-Illuminator erzielbare Prozessfenster. 8th shows a process window comparison for the formation of MUX-split structures in the logic area in an exposure of the mask with a quadrupole illuminator according to the prior art and a rectangular illuminator according to the invention. The process window, which can be achieved with the rectangular illuminator according to the invention, is larger by a factor of 2 than the process window achievable with a quadrupole illuminator.

Claims

Projection exposure device for exposing a photoresist layer ( 6 ) on a semiconductor wafer ( 7 ) in the context of the production of a semiconductor memory, with a light source ( 1 ), an illuminator geometry ( 3 ), which has a rectangular opening ( 31 ), a hybrid mask ( 4 ) for the semiconductor memory consisting of an alternating phase mask ( 41 ) with a phase difference of adjacent light structures of 180 ° for defining component structures of the cell field region and a chromium structure mask ( 42 ) for defining component structures of the logic area on the semiconductor wafer, and a projection objective ( 5 ).

A projection exposure apparatus according to claim 1, wherein the hybrid mask ( 4 ), a phase assist mask ( 43 ) in the region of the chrome structure mask ( 42 ) for defining component structures of the logic region with phase structures in the chromium structures which cause a phase shift of 180 °, have a lateral dimension of at most 0.25 * (λ / NA) (λ = exposure wavelength, NA = numerical aperture) and symmetrical to the chromium structure edges are aligned.

A projection exposure apparatus according to claim 1 or 2, wherein the length of the opening ( 31 ) of the illuminator geometry ( 3 ) is at most twice their width.

Projection exposure device according to one of claims 1 to 3, with the length the opening of the Illuminator geometry 0.3 to 0.5 sigma, width 0.2 to 0.4 sigma is.

Hybrid mask ( 4 ) for exposing a photoresist layer ( 6 ) on a semiconductor wafer ( 7 ) in the context of the production of a semiconductor memory via an illuminator geometry ( 3 ), which has a rectangular opening ( 31 ), consisting of an alternating phase mask ( 41 ) with a phase difference of adjacent light structures of 180 ° for defining component structures of the cell field region and a chromium structure mask ( 42 ) for defining component structures of the logic area.

A hybrid mask according to claim 5, further comprising a phase-control mask ( 43 ) in the region of the chrome structure mask ( 42 ) for defining component structures of the logic region with phase structures in the chromium structures which cause a phase shift of 180 °, a lateral dimension of at most 0.25 * (λ / NA) (λ = exposure wavelength, NA = numerical aperture) and symmetrical to the chromium structure edges are aligned.

Illuminator geometry ( 3 ) for exposing a photoresist layer ( 6 ) on a semiconductor wafer ( 7 ) in the context of the production of a semiconductor memory with a hybrid mask ( 4 ) for the semiconductor memory consisting of an alternating phase mask ( 41 ) with a phase difference between adjacent light structures of 180 ° for defining component structures of the cell field region and a chromium structure mask ( 42 ) for defining component structures of the logic area which has a rectangular opening ( 31 ) having.

Illuminator geometry according to claim 7, wherein the length of the opening ( 31 ) is at most twice their width.

Illuminator geometry according to claim 7 or 8, wherein the length of the opening ( 31 ) 0.3 to 0.5 sigma, the width is 0.2 to 0.4 sigma.

Method for exposing a photoresist layer ( 6 ) on a semiconductor wafer ( 7 ) as part of the production of a semiconductor memory, comprising the steps of: exposing the semiconductor wafer via an illuminator geometry ( 3 ), which has a rectangular opening ( 31 ), with a hybrid mask ( 4 ) for a semiconductor memory consisting of an alternating phase mask ( 41 ) with a phase difference between adjacent light structures of 180 ° for defining component structures of the cell field region and a chromium structure mask ( 42 ) for defining component structures of the logic area.

The method of claim 10, wherein the hybrid mask ( 4 ), a phase assist mask ( 43 ) in the region of the chromium structure mask for defining component structures of the logic region with phase structures in the chromium structures which effect a phase deviation of 180 °, have a lateral dimension of at most 0.25 * (λ / NA) (λ = exposure wavelength, NA = numerical aperture) and are aligned symmetrically to the chromium structure edges has.

Method according to claim 10 or 11, wherein the length of the opening ( 3 ) of the illuminator geometry ( 3 ) is at most twice their width.

Method according to one of claims 10 to 12, wherein the length of the opening ( 31 ) of the illuminator geometry ( 3 ) 0.3 to 0.5 sigma, the width is 0.2 to 0.4 sigma.